《水污染控制原理》课程教学资源（实验指导）第2章 反应器

第二章反应器对实验的指导1、反应器指导实验的理论基础1.1、活塞流反应器活塞流反应器的理论分析容积=A-△U-Q/A/反应速率=rVA!Qc,QCr+0zQc.Qc,面2(0)AzL(O)图 2-1活塞流反应器1.2、反应器内浓度及出口浓度c = c, exp(-k0)(2-1)c。 = c, exp(- ko)(2-2)1.3、连续搅拌反应器（CSTR）（1）进口反应器的流量皆为O：（2）A的出口浓度也必然是CA。容积V流量Q流量Q8A的进口浓度A的出口浓度A的浓度CACA.CAA的反应速率A图2-2CSTR示意1

1 第二章 反应器对实验的指导 1、反应器指导实验的理论基础 1.1、活塞流反应器 活塞流反应器的理论分析 图 2-1 活塞流反应器 1.2、反应器内浓度及出口浓度 c c ( k ) = i exp − （2-1） c = c (− k) o i exp （2-2） 1.3、连续搅拌反应器（CSTR） （1）进口反应器的流量皆为 Q ； （2）A 的出口浓度也必然是 A c 。 图 2-2 CSTR 示意

1.4、CSTR的一般方程式物料衡算方程Ocx +Vr, =Oc +v des(2-3)dt上式在稳态时简化为(2-4)OcA +VrA = QcA两边分别除以O，并令?=V/O，代表反应器的停留时间。可得Cy +Org =C +odes(2-5)dt(2-6)CA +OrA=CA1.5.一级反应解cs (1-exp[-(/0)1+0k)])(2-7)CA=1+0k在稳态时简化为CA(2-8)CA =1+0k1.6、平行反应解的稳态解（1）CSTR的平行反应A-k→BA-k→Bra =-(k, +k,)ca-CA流量QXC流最QCA.-CcCA.CB,CC2

2 1.4、CSTR 的一般方程式 物料衡算方程 dt dc Qc Vr Qc V A Ai + A = A + （2-3） 上式在稳态时简化为 Qc Ai +VrA = Qc A （2-4） 两边分别除以 Q ，并令  = v /Q ，代表反应器的停留时间。可得 dt dc c r c A Ai +  A = A +  （2-5） A A A c r c i +  = （2-6） 1.5. 一级反应解   (t )( k) k c c Ai A − −  +  +  = 1 exp / 1 1 （2-7） 在稳态时简化为 k c c Ai A +  = 1 （2-8） 1.6、平行反应解的稳态解 （1）CSTR 的平行反应 A ⎯⎯k1→ B A ⎯⎯k2→ B A A r (k k )c = − 1 + 2

图2-33CSTR的平行（串联）反应（2）稳态解CA(2-9)CA=1+0(k, +k,)Ok,cA(2-10)CB= 1+0(k, +k2)OkcA(2-11)Cc = 1+0(k, +k2)1.7、串联反应的稳态解A-k→Bk→CCA(2-31)cA=1+Ok,Ok,CAOk,CA(2-12)CB=11+0k2 (1+0k,)(1+0k,)Ok,k2cA(2-13)cc=({+0k,)1+0k.)2、理论对实验的指导2.1推流式与完全混合式曝气池的比较牛粪液厌氧消化的推流式和完全混合式反应器实验分析指导2.2实验内容对推流式反应器(PFR)和完全混合式反应器(CSTR)用于牛粪液厌氧消化的性能进行了比较研究。在中温35℃下，对进料浓度40、80和128g/L的3种牛粪液分别进行了试验。结果表明,CSTR比PFR具有更好的去除VS(挥发性固体)和产生物气的性能，在进料浓度为40、80和128g/L时，CSTR中VS去除率比PFR中分别提高了17.4%～21.5%：3.9%～21.5%和0.5%～5.3%。在最优进料浓度80g/L下,CSTR获得了最高的容积产气率和单位VS产气量，比PFR中提高了9.8%～25.9%。研究认为,CSTR中的搅拌作用加强了微生物与物料之间物质的传递，提高了降解去除有机物和产生物气的消化效果。因此,在牛粪液厌氧消化时，推荐使用CSTR反应器。农业工程学报，李荣平，李秀金。2.3理论指导以上理论可以帮助实验研究分析、推导以上结论。3

3 图 2-3 CSTR 的平行（串联）反应 （2）稳态解 1 ( ) 1 2 k k c c Ai A +  + = （2-9） 1 ( ) 1 2 1 k k k c c Ai B +  +  = （2-10） 1 ( ) 1 2 2 k k k c c Ai C +  +  = （2-11） 1.7、 串联反应的稳态解 A ⎯⎯k1→ B ⎯⎯k2→ C 1 1 k c c Ai A +  = （2-31） 2 1 1 k k c c A B +   = = ( )( ) 1 2 1 1 k 1 k k cAi +  +   (2-12) C c = ( )( ) 1 2 1 2 2 1 k 1 k k k cAi +  +   (2-13) 2、理论对实验的指导 2.1 推流式与完全混合式曝气池的比较 牛粪液厌氧消化的推流式和完全混合式反应器实验分析指导 2.2 实验内容 对推流式反应器(PFR)和完全混合式反应器(CSTR)用于牛粪液厌氧消化的性能进行了比 较研究。在中温 35℃下，对进料浓度 40、80 和 128 g /L 的 3 种牛粪液分别进行了试验。结 果表明,CSTR 比 PFR 具有更好的去除 VS(挥发性固体)和产生物气的性能，在进料浓度为 40、 80 和 128 g /L 时，CSTR 中 VS 去除率比 PFR 中分别提高了 17.4%～ 21.5%；3.9%～ 21.5% 和 0.5%～ 5.3%。在最优进料浓度 80 g /L 下,CSTR 获得了最高的容积产气率和单位 VS 产 气量，比 PFR 中提高了 9.8%～ 25.9%。研究认为,CSTR 中的搅拌作用加强了微生物与物料 之间物质的传递,提高了降解去除有机物和产生物气的消化效果。因此,在牛粪液厌氧消化时, 推荐使用 CSTR 反应器。农业工程学报，李荣平，李秀金。 2.3 理论指导 以上理论可以帮助实验研究分析、推导以上结论